一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及无线电能传输技术的应用领域，特别是一种基于分形平面线圈的 多频谐振无线电能传输系统。
【背景技术】
[0002] 无线电能传输技术发展至今已经有100多年历史，但直到最近S十年才得到了实 质性的商业和工业的应用。最近，麻省理工学院（MIT)的研究人员利用物理的共振原理成 功的在2m距离左右W 40%的效率点亮了一个60W的灯泡，该实验成为了无线电能传输技术 的一个新突破，实现了中等距离的全方位的无线电能传输，并掀起了全世界无线电能传输 研究的热潮。
[0003] 但是，麻省理工学院研究人员在《Science》上发表文章的实验所用的线圈为空间 螺旋铜线圈，该种线圈存在很多缺点，例如体积庞大、难W制作、参数难W控制等，该就限制 了该种线圈的应用。
[0004] 2014年，有学者在《I邸E电力电子会刊》上提出多频感应电能传输 (Multi-frequen巧inductive power transfer)的概念，其利用一种复杂的补偿网络实现 全桥谐振逆变器产生的基波和=次谐波能量的无线传输。该补偿网络实现了基波和=次谐 波能量的同时放大，但是，该种多频感应电能传输技术的概念性大于其实用性，因为其采用 了复杂的补偿网络，而补偿网络本身也存在损耗。因此，其多频感应电能传输系统的设计是 一个折中的方法，在某些方面性能的改善是W牺牲其他性能为代价的。
[0005] 分形天线是在分形几何基础发展起来的，因其具有空间填充性、强定向性和多频 段的优点，目前已经在通信领域得到广泛应用。由于分形天线是用来进行通信的，因此其设 计与无线电能传输系统有很大差别。为了应用分形天线的优点于无线电能传输系统，有必 要对分形天线进行改进，从而使其适用于多频谐振无线电能传输系统。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于分形平面线圈的多频谐振 无线电能传输系统，实现能量的高效传输，并降低电磁福射污染和电磁干扰。
[0007] 本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：
[000引一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统，包括高频功率变换器和与 负载连接的输出电压调节模块，所述高频功率变换器与输出电压调节模块之间连接无线电 能传输模块，所述无线电能传输模块包括与高频功率变换器连接的分形平面发射线圈及与 分形平面发射线圈对应设置的分形平面接收线圈，所述分形平面接收线圈连接输出电压调 节模块。
[0009] 进一步，所述分形平面发射与接收线圈由印制电路板制作，且至少有两个谐振频 率点。
[0010] 进一步，所述分形平面发射线圈与分形平面接收线圈为具有多频特性的分形几何 图形，包括化化ed分形、Peano S分形、Moore分形和R空间填充曲线。
[0011] 进一步，所述分形平面发射与接收线圈为HUbed分形平面线圈，其中，化化ert 分形曲线的获取包括：
[0012] W 7为一个可填充正方平面的边长，则对于分形迭代次数为n的HUbed分形，每 根线的长度巧J :
[0013] d = -^ ， 公式 1 ; 2-1
[0014] 对于一个迭代次数为n的HUbed分形曲线，短路的平行线部分总共有：
[0015] 巧=4*-1 ，公式 2;
[0016] 同样，剩下的不形成平行线部分的总长度S为：
[0017] ￡ =任片，公式 3 ;
[0018] 则一个线径为伤长度为端]平行传输线的特征阻抗为： 2若
[0019] Z^ = -l〇g-，公式4,其中，C为自由空间的本征阻抗; 冗 b
[0020] 则计算的平行传输线两端的纯感性的输入阻抗为： 2
[0021] 纖，絲，公式 5 ; 知
[0022] 公式3所定义的长度为5的直线的自感为：
[0023]
【主权项】
1. 一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统，包括高频功率变换器和与负 载连接的输出电压调节模块，其特征在于，所述高频功率变换器与输出电压调节模块之间 连接无线电能传输模块，所述无线电能传输模块包括与高频功率变换器连接的分形平面发 射线圈及与分形平面发射线圈对应设置的分形平面接收线圈，所述分形平面接收线圈连接 输出电压调节模块。
2. 根据权利要求1所述的多频谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述分形平面发 射与接收线圈由印制电路板制作，且至少有两个谐振频率点。
3. 根据权利要求1所述的多频谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述分形平面发 射线圈与分形平面接收线圈为具有多频特性的分形几何图形，包括HUbed分形、化ano S 分形、Moore分形和R空间填充曲线。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统，包括高频功率变换器和与负载连接的输出电压调节模块，所述高频功率变换器与输出电压调节模块之间连接无线电能传输模块，所述无线电能传输模块包括与高频功率变换器连接的分形平面发射线圈及与分形平面发射线圈对应设置的分形平面接收线圈，所述分形平面接收线圈连接输出电压调节模块。分形平面线圈具有空间体积小、功率密度大和多谐振频率的优点；一个分形平面线圈具有多个谐振频率，可以实现基波能量和高次谐波能量的无线传输，降低了对高频逆变器的要求，并无需外加复杂的补偿网络；本实用新型可实现能量的高效传输，降低电磁辐射污染和电磁干扰问题。
【IPC分类】H02J17-00
【公开号】CN204290506
【申请号】CN201420761595
【发明人】郭上华, 刘红伟, 张波, 黄润鸿, 肖文勋
【申请人】珠海许继电气有限公司, 华南理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日